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明細書 :電波シャッター

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B2)
特許番号 特許第4812119号 (P4812119)
公開番号 特開2008-278162 (P2008-278162A)
登録日 平成23年9月2日(2011.9.2)
発行日 平成23年11月9日(2011.11.9)
公開日 平成20年11月13日(2008.11.13)
発明の名称または考案の名称 電波シャッター
国際特許分類 H01Q  15/14        (2006.01)
H01P   1/15        (2006.01)
E06B   9/02        (2006.01)
H05K   9/00        (2006.01)
FI H01Q 15/14 Z
H01P 1/15
E06B 9/02 Z
H05K 9/00 V
H05K 9/00 U
請求項の数または発明の数 9
全頁数 16
出願番号 特願2007-118861 (P2007-118861)
出願日 平成19年4月27日(2007.4.27)
審査請求日 平成22年4月9日(2010.4.9)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】301022471
【氏名又は名称】独立行政法人情報通信研究機構
発明者または考案者 【氏名】飯草 恭一
【氏名】加藤 修三
【氏名】原田 博司
個別代理人の代理人 【識別番号】100082669、【弁理士】、【氏名又は名称】福田 賢三
【識別番号】100095337、【弁理士】、【氏名又は名称】福田 伸一
【識別番号】100061642、【弁理士】、【氏名又は名称】福田 武通
審査官 【審査官】佐藤 当秀
参考文献・文献 特開2001-024422(JP,A)
特開平10-328019(JP,A)
特開平11-330773(JP,A)
特開平10-331543(JP,A)
特開昭54-149596(JP,A)
特開平05-157829(JP,A)
調査した分野 E06B 5/18
E06B 9/02
H01P 1/15
H01Q 15/00- 15/24
H01Q 21/06
H05K 9/00
特許請求の範囲 【請求項1】
目的とする電波に共振するダイポールアンテナの2つの導電体の間に可変リアクタを挟んで縦列に接続したものを基本単位とするとき、該基本単位の複数を用いた電波シャッターであって、
上記の基本単位の複数は、連結部に高周波(RF)電流が流れないように上記可変リアクタの最大リアクタンスよりも大きなインピーダンスを有する抵抗体を介した連結で配列して、上記可変リアクタに電圧を印加するための電気的に接続された構成を成し、
上記の可変リアクタは、電気的にリアクタンスを制御可能な可変リアクタであり、予め決められた第1電気的条件、第2電気的条件が印加された場合に、上記目的とする電波に対してそれぞれ第1インピーダンス、第2インピーダンスを有し、第1インピーダンスは、第2インピーダンスより大きく、
第1電気的条件、第2電気的条件が印加された場合には、上記目的とする電波に対して、それぞれ第1透過率、第2透過率を示し、上記目的とする電波に対して第1透過率は第2透過率より大きいことを特徴とする電波シャッター。
【請求項2】
上記の配列は、上記基本単位を行列要素として行列状に配置したものであり、
それぞれの列においては、複数の基本単位が、上記の抵抗体を介して縦列接続され、
それぞれの列はその両端において、上記可変リアクタのリアクタンスよりも大きなインピーダンスを有する抵抗体を介して、上記両端のそれぞれの電位源に接続され、そのいずれか一方あるいは両方の電位源の電位を、予め決められた複数の電位から選択することで上記行列の行列要素のそれぞれのリアクタに上記の第1あるいは第2電気的条件を与えることを特徴とする、
請求項1に記載の電波シャッター。
【請求項3】
上記の配列は、上記基本単位を行列要素としてM×N行列状に配置したものであり、その行列要素を(k、j)とし、(k、j)は上記導電体の一方を上端、他方を下端として、それぞれを(k、j、u)、(k、j、d)とするとき、
上記のリアクタは、方向性をもったリアクタであり、
全ての行列要素のリアクタは、同一の方向性をもち、
1からM-1のk、1からNのjについて、
(1、j、u)を、抵抗体を介して第1の電位源に接続し、
(k、j、d)と(k+1、j、u)とを、抵抗体を介して電気的に接続し、
(M、j、d)を、抵抗体を介して第2の電位源に接続することを特徴とする、
請求項1に記載の電波シャッター。
【請求項4】
上記の配列は、上記基本単位を行列要素としてM×N行列状に配置したものであり、その行列要素を(k、j)とし、(k、j)は上記導電体の一方を上端、他方を下端として、それぞれを(k、j、u)、(k、j、d)とするとき、
上記のリアクタは、方向性をもったリアクタであり、
1からM-1のk、1からN-1のjについて、
(k、j)のリアクタと、(k、j+1)のリアクタは、同じ方向性をもち、
(k、j)のリアクタと、(k+1、j)のリアクタは、逆の方向性をもち、
(1、j、u)、および(1、j+1、u)は、抵抗体を介して電気的に接続し、
(k、j、d)、(k、j+1、d)、(k+1、j、u)、および(k+1、j+1、u)は、共通のあるいはそれぞれ別個の抵抗体を介して電気的に接続し、
(M、j、d)、および(M、j+1、d)は、抵抗体を介して電気的に接続し、
1からMのk、1からNのjについて、
奇数のkの(k、j、u)あるいは偶数のkの(k、j、d)を、抵抗体を介して第1の電位源に接続し、
偶数のkについて(k、j、u)あるいは奇数のkの(k、j、d)を、抵抗体を介して第2の電位源に接続することを特徴とする請求項1に記載の電波シャッター。
【請求項5】
1からMまでのk、1からN-1のjについて、
(k、j、u)側の導電体と(k、j+1、u)側の導電体とを電気的に接続したことを特徴とする請求項3に記載の電波シャッター。
【請求項6】
1からMまでのk、1からN-1のjについて、
(k、j、u)側の導電体と(k、j+1、u)側の導電体とを電気的に接続したことを特徴とする請求項4に記載の電波シャッター。
【請求項7】
上記の行列要素を、上端あるいは下端の方向に周期的にずらして配置したことを特徴とする請求項3から6のいずれかに記載の電波シャッター。
【請求項8】
光透過性のある絶縁体上に構成したことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の電波シャッター。
【請求項9】
通気性のある絶縁体上に構成したことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の電波シャッター。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
この発明は、例えば電波暗室の機能を有する部屋の採光用の窓にとりつけて、その部屋内部への特定の帯域の電波の侵入を制御することのできる電波シャッターに関している。
【背景技術】
【0002】
例えば、コンサート会場、映画館、学校の教室などでは、しばしば携帯電話の通信周波数帯の電波の侵入が無い方が望ましい場合がある。しかし、常時その電波を遮断することが望まれることではなく、遮断と非遮断とが制御できることが望まれている。
【0003】
[従来例1]
特許文献1には、遮蔽しようとする周波数の電波を選択的に吸収し、しかも、従来のλ/4型電波吸収体よりも厚さを薄くし、且つ電波吸収体の電磁波反射膜と電磁波吸収膜の間に用いる誘電体層にハニカム構造を用いることにより軽量な電波吸収体を提供し、遮蔽しようとする周波数以外の電波を双方向に透過させることができ電波吸収体間の接続や接地の必要がなく施工性に優れる電波吸収体が、開示されている。これは、抵抗体皮膜層とハニカム構造誘電体層とを備え、抵抗体皮膜層に対して反対側の前記誘電体層表面には電波反射層が形成され、少なくとも前記抵抗体皮膜層と電波反射層との間には位相調整層が設けられているものである。
【0004】
[従来例2]
また、特許文献2には、電磁波の透過性を制御可能な電波遮蔽制御体が開示されている。これは、温度変化によって電気抵抗が変化(導体→不導体または不導体→導体)する材料(抵抗変化材料と称す)よりなる電磁波の伝播経路中に配された各種遮蔽材の温度を調整(加熱、冷却)することにより、当該遮蔽材の導電性を変化させ電磁波の透過性を制御するとしたものである。さらに、特許文献2には、同一の対温度抵抗値変化能力を有する抵抗変化材料を棒状または帯状に成形してなるシールド材を交互配置のもと同一間隔で簾状若しくは格子状に配置した簾状若しくは格子状のシールド材各個の温度を交互に異調整(加熱、冷却)することにより、導電性材料間隔を変化させてシールド効果を発揮する電波の最大周波数(最小波長)を選択、変更できるとしたことを特徴とするシールド対象周波数可変の電磁波シールドシステムが開示されている。
【0005】
しかし、上記の電波吸収体や、あるいは電磁波シールドシステムは、採光を目的にした窓に適用できるほど薄型にできないという問題があった。
【0006】

【特許文献1】特開2005-79247号公報
【特許文献2】特開2001-210990号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
採光用の窓に取り付けることが出来る程度に薄く、電波暗室の機能を有する室内への目的とする周波数あるいは周波数帯の電波の侵入を制御できる電波シャッターを実現する。
【発明の効果】
【0008】
この発明を用いることで、光透過性あるいは通気性を残しながら、電波暗室の機能を有する室内への目的とする周波数あるいは周波数帯の電波の侵入を制御できる電波シャッターを実現できる。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、電波の透過率の高低を外部から制御する電波シャッターに関するものであって、特に、目的とする電波に共振するダイポールアンテナの2つの導電体(以下ではアンテナ導電体と称する)の間に可変リアクタを挟んで縦列に接続したものを基本単位とするとき、該基本単位の複数を用いた電波シャッターである。アンテナ導電体としては、形状を線状のものに限定する必要はなく、三角や矩形や多角形あるいは円形でもダイポールアンテナとして機能するものであれば、何でもよい。このような素子に挟まれたリアクタの示すリアクタンスを制御して、上記アンテナ導電体を結ぶ方向に偏向した電波の透過率を制御するものである。また、上記の基本単位の複数は、上記ダイポールアンテナ間の可変リアクタの最大インピーダンスよりも大きなインピーダンス値を有する抵抗体を介した連結で配列して、電気的に接続された構成を成す。これは、上記の可変リアクタに電圧を印加するためのもので、基本単位同士の高周波的な結合を遮断するために、高インピーダンスとする。上記の可変リアクタは、電気的にリアクタンスを制御可能な可変リアクタである。また、上記電波シャッターを構成する状態で、上記基本単位は、予め決められた第1電気的条件が印加された場合に、上記目的とする電波に対して第1インピーダンスを示す。第1インピーダンスは、上記基本単位の電流積分値がほぼゼロになるリアクタンスとする。このリアクタンス値は誘導性の値であり、上記基本単位が単独の場合と、複数集合の場合との特性のずれを考慮した上での最適な値を用いる。さらに、上記リアクタは、予め決められた第2電気的条件が印加された場合に、第2インピーダンスを示す。第2インピーダンスは、ほぼゼロに近い値である。この場合は、第1電気的条件が印加された上記の場合よりも上記電流積分値が大きくなる。このようなリアクタの特性を目的とする特性に合わせるために、第1電気的条件あるいは第2電気的条件を選択して、上記のリアクタのそれぞれに印加する。また、このための手段を備える。このような構成により、第1電気的条件あるいは第2電気的条件が印加された場合には、上記目的とする電波に対して、それぞれ第1透過率、第2透過率を示し、第1透過率は第2透過率より高くするものである。この透過率の違いを用いて電波シャッターと成す。ただし、透過、遮蔽の2状態のみの制御に限らず、連続的に電波の透過率を制御できる。
【0010】
可変リアクタそれぞれに電圧を印加することで、実際の配線はかなり混雑したものになるが次のようにすることによって、その混雑を抑制することができる。まず、上記の配列は、上記基本単位を行列要素として行列状に配置したものであり、それぞれの列においては、複数の基本単位が、上記の抵抗体を介して縦列接続されているようにする。また、それぞれの列はその両端において、上記ダイポールアンテナ間の可変リアクタの最大インピーダンスよりも大きな抵抗値を有するそれぞれの抵抗体を介して、上記両端のそれぞれの電位源に接続され、そのいずれか一方あるいは両方の電位源の電位を、予め決められた複数の電位から選択することで上記行列の行列要素のそれぞれの可変リアクタに上記の第1あるいは第2電気的条件を与えるようにする。
【0011】
上記と類似の構成を、さらに明確に示すと、次のように成る。まず、上記の配列は、上記基本単位を行列要素としてM×N行列状に配置したものであり、その行列要素を(k、j)とし、(k、j)は上記導電体の一方を上端、他方を下端として、それぞれを(k、j、u)、(k、j、d)とする。ここで言う行列状とは、数学でいうマトリクスのことであって、配置的には、矩形の場所に並んでいる必要はなく、斜方形状に配列していてもよい。上記の可変リアクタは、方向性をもったリアクタである。ここで言う方向性とは、極性のことで可変リアクタに印加する電圧の極性を逆にすると、異なるリアクタンスを示すことを言う。ここで、全ての行列要素の可変リアクタは、同一の方向性を持つようにする。つまり、第1電位源に電気的に接続する可変リアクタの極性が同じであるようにする。当然のことながら第2電位源に電気的に接続する極性は、どの可変リアクタも同じである。結線は、以下のようにする。つまり、1からM-1のk、1からNのjについて、(1、j、u)を、上記電波に対する抵抗体を介して第1の電位源に接続し、(k、j、d)と(k+1、j、u)とを、同様の抵抗体を介して電気的に接続し、(M、j、d)を、同様の抵抗体を介して第2の電位源に接続する。ここで言う抵抗体を介した電気的接続では、複数の電波信号に対する抵抗体を電気的に接続したものでもよい。この場合は、可変リアクタは実質的に直列に接続されるので、第1電位源と第2電位源との電位差が複数の可変リアクタによって分圧される。
【0012】
また、低電電圧の印加でも可変リアクタを制御できるようにするためには、以下の様にする。まず、上記と同様に、上記基本単位を行列要素としてM×N行列状に配置する。その行列要素を(k、j)とし、(k、j)は上記導電体の一方を上端、他方を下端として、それぞれを(k、j、u)、(k、j、d)とする。この場合も、上記の可変リアクタは、方向性をもった可変リアクタであるとする。ここで、1からM-1のk、1からN-1のjについて、(k、j)の可変リアクタと、(k、j+1)の可変リアクタは、同じ方向性をもち、(k、j)の可変リアクタと、(k+1、j)の可変リアクタは、逆の方向性をもつものとする。このとき、(1、j、u)、および(1、j+1、u)は、電波に対する抵抗体を介して電気的に接続し、(k、j、d)、(k、j+1、d)、(k+1、j、u)、および(k+1、j+1、u)は、共通のあるいはそれぞれ別個の電波に対する抵抗体を介して電気的に接続し、(M、j、d)、および(M、j+1、d)は、電波に対する抵抗体を介して電気的に接続する。また、1からMのk、1からNのjについて、奇数のkの(k、j、u)あるいは偶数のkの(k、j、d)を、電波に対する抵抗体を介して第1電位源に接続し、偶数のkについて(k、j、u)あるいは奇数のkの(k、j、d)を、電波に対する抵抗体を介して第2電位源に接続する。この場合は、それぞれの可変リアクタは実質的に並列接続であるので、第1電位源と第2電位源との電位差が実質的にそれぞれの可変リアクタに印加される。
【0013】
上記の様に、可変リアクタが実質的に直列接続の場合で並列接続の場合でも、1からMまでのk、1からN-1のjについて、(k、j、u)側の導電体と(k、j+1、u)側の導電体とは、同じ電位と見なすことができるので、これらを電気的に接続しても、同じ機能を示すことは明らかである。つまり、複数の導電体をまとめた導電体を用いて、全体の構成を簡略化することができる。
【0014】
本発明は、上端あるいは下端方向の偏波の透過率を制御するものであるから、上記の行列要素を、上端と下端を結ぶ方向にずらしても、機能が損なわれない事は明らかである。そこで、例えば、周期的にずらして配置とすることによって、機能を損なわずに、実装を容易にすることができる。
【0015】
上記の電波シャッターを光透過性のある絶縁体を基板としてその上に構成することは可能である。これによって、採光窓として用いながら、電波シャッターとしての機能を持たせることができる。
【0016】
また、上記の電波シャッターを通気性のある絶縁体上に構成することは可能である。例えば、虫除けの網戸上に上記の電波シャッターを構成することによって、採光機能と通気機能をもたせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。
【実施例1】
【0018】
図1は、電波シャッター1の実施例を示す回路図で、これを透過する際の透過率を制御する電波の波長をλとする。この電波シャッター1は、電波の伝搬路中に配置するシャッター体2と、該シャッター体2へ第1電位と第2電位を印加する際の第1電位源である直流電源3と、第1電位源と第2電位であるグランド電位とから印加する電圧を選択するスイッチ4と、上記シャッター体2を第3電位であるグランド電位に接続する接地部5を備える。可変リアクタを図3(a)の構成で形成した場合、スイッチをしてグランド電位を選択したときは第1電気的条件を、直流電源3を選択したときは第2電気的条件をそれぞれ印加することになる。
【0019】
図1のシャッター体2は、電波羽板21をλ/4よりも短い間隔でほぼ平行に複数配列して略四角形状のシートに構成したものである。また、各電波羽板21は、約λ/4の長さに形成した電線22を、可変リアクタ23と、抵抗器交互に用いて直列に接続したものである。
【0020】
ここで、電線22は、目的とする電波に共振するダイポールアンテナの2つの導電体の一方のものを用いることができる。2つの電線22の間に可変リアクタ23を挟んで縦列に接続したものを基本単位とするとき、該基本単位の複数を用いた電波シャッターである。上記のアンテナ導電体としては、形状を線状の(a)の直線状のものに限定する必要はなく、図10に示す様に、(b)の折れ曲げたもの、(c)の輪状のもの、(d)の一部がコイル状になったものでもよい。また、(e)の矩形の板状のもののほかに、(f)の円形状のもの、あるいは(g)の三角やのものでもダイポールアンテナとして機能するものであれば、何でもよく、プリント基板やガラス基板上にストリップラインを用いて形成したものでもよい。このようなアンテナ導電体に挟まれた可変リアクタ23の示すリアクタンスを制御して、上記アンテナ導電体を結ぶ方向に偏向した電波の透過率を制御するものである、と言うことも出来る。また、上記の基本単位の複数は、上記可変リアクタのインピーダンス値よりもかなり大きなインピーダンスを有する抵抗体24を介した連結で配列して、電気的に接続された構成を成す。これは、可変リアクタ23に電圧を印加するためのもので、基本単位同士の高周波的な結合を遮断する役目をはたす。つまり、抵抗体24は、高周波信号に対する抵抗体であり、直流電流に対する抵抗器の他に直流抵抗が殆どないインダクタを用いることもできる。
【0021】
上記の可変リアクタ23は、電気的にリアクタンスを制御可能な可変リアクタであり、例を図3に示す。(a)の可変リアクタ23は、固定の誘導性リアクタンスをもつインダクタ232であるコイルと、可変容量ダイオード231との直列接続によって、そのリアクタンスを可変にしている。可変リアクタ内の共振条件が満たされるときに電波シャッターを遮蔽状態にし、共振条件から大きく外れた状態のときに透過状態にする、ということもできる。この例では、可変容量ダイオード231とコイルを直列に接続しているが、(b)に示す様にキャパシタ234と直列接続したインダクタ232であるコイルと、可変容量ダイオード231とを並列接続したものを用いることもできる。この場合は、可変リアクタ23内の共振条件が満たされるときに電波シャッターを透過状態にし、共振条件から大きく外れた状態のときに遮蔽状態にする、ということもできる。図3(a)あるいは(b)のいずれの場合でも、可変リアクタ23のインピーダンスが大きくなる場合にそれを挟むアンテナ導電体に流れる電流を抑制し、インピーダンスがゼロあるいは小さくなる場合にそのアンテナ導電体に電流を良く流す。入射する電波にとって、アンテナ導電体に流れる電流が抑制される場合は比較的に透過状態になり、電流が流れる場合は比較的に遮蔽状態になる。
【0022】
よく知られているように、可変リアクタ23の第1可変容量ダイオード231は、素子特性のばらつきに起因して、直流電源3からの逆バイアスが均等に分圧されないなどの問題が起こる可能性があるので、図3に示すように、第1可変容量ダイオード231と並列に高抵抗233を接続することで、縦列接続となった場合に、それぞれの可変リアクタ23のインピーダンスを均一にして、電波透過状態部分と電波遮蔽状態部分とがまだらに発生することを抑制することが望ましい。
【0023】
図9(a)に示すように、アンテナ導電体間のリアクタンスが無限大の場合に相当するように開放にした場合、開放部の電流がゼロになるが電流分布の積分値はゼロにならない。一方、図9(b)に示すように、適切な正の値のリアクタンスを装荷すると装荷部の電流はゼロにならないが、電流分布の積分値がほぼゼロになる。
【0024】
上記のように、電波がこの電波シャッターを透過する透過率を最大にするには、正のリアクタンス値を実現する必要があるので、図3(a)の場合は、誘導性リアクタンスを直列接続し容量性リアクタンスとの直列和が適切な正のリアクタンス値になるようにする。また(b)の構成は並列共振回路と見ることができるが、この場合は、所望周波数で共振し適切な正のリアクタンス値になるように誘導性リアクタンスとキャパシタンスの値を選択する。
【0025】
逆に遮蔽効果を大きくするには、図3(a)の場合は、誘導性リアクタンスと容量性リアクタンスが共振条件を満たし、リアクタンス値がほぼゼロになるようにする。また、(b)の場合は、誘導性リアクタンスと容量性リアクタンスの並列和のインピーダンス値をなるべく小さくする。
【0026】
一般に可変容量ダイオードは、逆バイアス電圧が大きいほど、小さいキャパシタンスを示す。誘導性リアクタンスは固定値であるから、図3(a)の構成では、共振条件でインピーダンスはほぼゼロになるので、それより大きいキャパシタンスの場合に、正のリアクタンス値が得られる。このため、可変容量ダイオードによってリアクタンスを調整する場合に望ましいのは、大きな逆バイアス電圧を印加した場合に透過率を最小にし、逆バイアス電圧をほぼゼロにした場合に、透過率を最大にする、という設定である。一方、図3(b)の構成では、共振状態で大きなリアクタンス値を得やすいと言う特長がある。また、共振のQ値を制御することによって、遮蔽の周波数帯域を制御しやすい。この場合、大きな逆バイアス電圧を印加した場合に透過率を最大にし、逆バイアス電圧をほぼゼロにした場合に、透過率を最小にする設定が好ましい。
【0027】
電波シャッターを透過する透過率を最大にするためのリアクタンスの最適値は、電線22の太さや、電波羽板21間の間隔に依存する。例えば、電線22の直径が0.02λ、その間隔がλ/4の導線の場合には、約550Ωであり、その間隔をλ/12とすると、約640Ωが最適値である。これは、予め決められた第1電気的条件が印加された場合に、上記基本単位の電流積分値がほぼゼロになるリアクタンスとするための条件の例である。
【0028】
また、アンテナ導電体間の可変リアクタあるいは抵抗体のリアクタンスあるいはインピーダンス値が、無限大とXとが交互になる場合で、円柱状の電線22である場合には、
間隔dがλ/10より大きい時には、Wを線の幅(太さ)として、最適なリアクタンス値Xは、
X≒1200exp(-37W/λ) 〔Ω〕、
程度である。
また、アンテナ導電体間の可変リアクタあるいは抵抗体のリアクタンスあるいはインピーダンス値が、無限大とXとが交互になる場合で、平板状の電線22である場合には、
間隔dがλ/10より大きい時には、Wを線の幅(太さ)として、最適なリアクタンス値Xは、
X≒1200exp(-16W/λ) 〔Ω〕、
程度である。
【0029】
図2に、上記基本単位の2つを抵抗体24で電気的に接続した回路例を示す。図2(a)は、電波透過状態(透過率が高い)、図2(b)は電波遮蔽状態(透過率が低い)場合である。電波羽板21は、第1電線22aと可変リアクタ23と第2電線22bと直列に接続し、第2電線22bと第3電線22cとを抵抗体24で接続し、第3電線22cと可変リアクタ23と第4電線22dとを直列接続したものである。可変リアクタ23は、図3(a)に示すように、容量性リアクタンスXC1の第1可変容量ダイオード231と誘導リアクタンスXL1のインダクタ232の直列接続で構成したものとする。
【0030】
第1可変容量ダイオード231の静電容量をCX1、容量性リアクタンスをXC1とする。容量性リアクタンスXC1は負の値をもつので、第1可変容量ダイオード231に逆バイアスを印加していない時の容量性リアクタンスXC1maxは第1可変容量ダイオード231に逆バイアスを印加した時の容量性リアクタンスXC1minよりも大きい点に注意を要する。先ず、図2(a)においては、スイッチ4によってグランドレベルのバイアスを印加する。このとき、第1電線22aと可変リアクタ23と第2電線22bとの直列接続部では、可変リアクタのリアクタンス値が高くなり、図9(b)に示す電流分布になって、その上下の電線に流れる電流の積分量がほぼゼロとなり電気的透明条件が成立する。
【0031】
なお、第3電線22cと可変リアクタ23と第4電線22dとの縦列接続部でも電気的透明条件が成立する。また、抵抗体24については、縦列に接続される電気透明ダイポールの高周波的な結合を遮断するため、なるべく大きな抵抗値あるいはリアクタンス値を設定する。例えば、10kΩ以上になるようにする。この場合、抵抗体24を介して接続される導線間は開放とみなすことができ、第2電線22bと第3電線22cとの間に電流は流れない。
【0032】
一方、図2(b)の場合は、スイッチ4により直流電源3から逆バイアス電位が選択され、第1可変容量ダイオード231のキャパシタンスは所定の値となる。この時の容量性リアクタンスをXC1minとすると、可変リアクタ23のインピーダンスの虚数部分の値(XL1+XC1min)がほぼゼロとなるように設定しておくことで、第1電線22aと第2電線22b、また、第4電線22cと第4電線22dが短絡された状態となる。すなわち、電波羽板22の各々が共振長である半波長のダイポールとなり、到来電波によって電流が良く流れるため、電波の透過率が減少する。この結果、電波遮蔽状態が実現される。
【0033】
図1、あるいは図2のように上記基本単位を複数用いる場合は、それぞれの構成単位には、分圧された電圧が印加されることになるから、構成に応じて電圧を増加させる必要がある。
【0034】
このようにして、図3(a)に示す上記可変リアクタは、予め決められた第2電気的条件(つまり高逆バイアス電圧)が印加された場合に、第1電気的条件(つまり低逆バイアス電圧)が印加された場合よりも小さく、理想的にはほぼゼロのインピーダンスを有するようにすることができる。
【0035】
一方、図3(b)に示す可変リアクタを用いた場合は、第2電気的条件(この場合は低逆バイアス電圧)が印加された場合に、第1電気的条件(この場合は高逆バイアス電圧)が印加された上記の場合よりも小さく、理想的にはほぼゼロのインピーダンスを有するようにすることができる。
【0036】
次に、このような電気的条件を印加するための手段について説明する。図1に示す様に、それぞれの電波羽板21の高電位側は、高抵抗R1を介して互いに接続し、さらにそれぞれは、抵抗体を介して電位選択手段であるスイッチ4に接続されている。また、それぞれの電波羽板21の低電位側は、高抵抗R2を介して互いに接続し、それぞれが基準であるグランドに抵抗体を介して接続している。R1、R2は、電波羽板21の間に上記電波による高周波(RF)電流が流れることを阻止するものであり、高抵抗R1、R2に代えて高リアクタンスのインダクタを接続しても良い。このような構成により、第1電気的条件が印加された場合には、上記目的とする電波に対して第1透過率を示し、第2電気的条件が印加された場合には、上記目的とする電波に対して第1透過率よりも低い第2透過率を示すようにすることができる。この透過率の違いを用いて電波シャッターと成す。
【0037】
また、図1の電波シャッター1においては、電波羽板21に直交する方向にRF電流が流れることはないので、反射や減衰がなく、電波羽板21に直交する偏波は常にシャッター体2を透過する。
【0038】
次に図3(a)に示す可変リアクタンスを用いた上記の電波シャッターについての実測データを示す。図13は、その実験装置配置図である。ネットワークアナライザからのマイクロ波をホーンアンテナで本発明の電波シャッターを目掛けて送信し、他のホーンアンテナで受信して、そのSパラメータを観測した。その結果を図14に示す。可変容量ダイオードに印加する電圧をパラメータとして、周波数を横軸に、透過強度(S21)を縦軸にしてプロットしたものである。バイアス電圧が25Vの時には、1.9GHz付近においては、シャッターを透過する電波の電力の25デシベル程度の減衰が実現できることが分かる。
【実施例2】
【0039】
上述した電波シャッター1におけるシャッター体1は、平板な板状として示したが、彎曲させた曲面形状、あるいは両側縁を連続させた周面形状としても構わない。この場合は、ダーポールアンテナの導電体に用いた場合にその電波に共振する長さに調整されていれば、例えば図12に示す様に、折れ曲げた形状のアンテナ導電体でもよい。ここで、アンテナ導電体のサイズは、その導電体を伝搬する上記の電波の波長の概略四分の1の長さに形成されることが肝要である。この構成の利点のひとつは、電波シャッターを歪んだ矩形に合わせて構成する場合でも段数を変えることなく構成することができるので、電源の種類を増やす必要がなくなる点にある。
【0040】
更に、電波シャッター1は、電波羽板21の配設方向に応じて、対応可能な直線偏波の向きが制限されるが、2枚の電波シャッター1を、電波羽板21の配設方向が互いに直交するように組み合わせて用いれば、全偏波を制御することが出来る。
【実施例3】
【0041】
図4に、低電電圧の印加でも可変リアクタを制御できるようにする例を示す。図4においては、上記基本単位を行列要素としてM=5、N=12とするM×N行列状に配置している。その行列要素を(k、j)とし、(k、j)は上記導電体の一方を上端、他方を下端として、それぞれを(k、j、u)、(k、j、d)とする。この場合も、上記の可変リアクタは、図3の可変リアクタのように、方向性をもった可変リアクタであるとする。ここで、1からM-1のk、1からN-1のjについて、(k、j)の可変リアクタと、(k、j+1)の可変リアクタは、同じ方向性をもち、(k、j)の可変リアクタと、(k+1、j)の可変リアクタは、逆の方向性をもつ。このとき、(1、j、u)、および(1、j+1、u)は、電波に対する抵抗体を介して電気的に接続し、(k、j、d)、(k、j+1、d)、(k+1、j、u)、および(k+1、j+1、u)は、共通のあるいはそれぞれ別個の電波に対する抵抗体を介して電気的に接続し、(M、j、d)、および(M、j+1、d)は、電波に対する抵抗体を介して電気的に接続する。また、1からMのk、1からNのjについて、奇数のkの(k、j、u)あるいは偶数のkの(k、j、d)を、電波に対する抵抗体を介して第1電位源に接続し、偶数のkについて(k、j、u)あるいは奇数のkの(k、j、d)を、電波に対する抵抗体を介して第2電位源に接続する。この場合は、それぞれの可変リアクタは実質的に並列接続であるので、第1電位源と第2電位源との電位差が実質的にそれぞれの可変リアクタに印加される。図4では、第1電位源では、スイッチ4で、直流電源3の電圧とグランドレベルの選択を行うことができる。また、第2電位源の電位は、グランドレベルである。
【0042】
図4の分岐給電線26あるいは接地誘導線27と抵抗体24の構成を見ると、その一部を省いても、必要な電圧印加を行うことができることが分かる。この省き方の自由度は大きく、図5に、そのいくつかの例を示す。
【0043】
図5では、図4の接地誘導線27bが省かれている。また、分岐給電線26bや26c、あるいは接地誘導線27cや27dでは、その抵抗体がところどころ省かれている。また、図5の接地誘導線27a、27b間の複数の抵抗体24は、図4の場合と同じであるが、その下の分岐給電線26b、26c間の抵抗体24の並びでは、上記のものから、ひとつ置きに抵抗体24が省かれている。接地誘導線27c、27d間では、抵抗体24をさらに省いた例である。さらに、分岐給電線26dや26e間は、ひとつの抵抗体24で電気的に接続されているのみであるから、分岐給電線26dや26eでは、それを構成する抵抗体を省くことができない。
【実施例4】
【0044】
図4の構成の電波シャッターに横方向の電波を照射した場合に、接地誘導線27あるいは分岐給電線26に用いる抵抗体のインピーダンス値によって、透過率が異なる。例えば、前記インピーダンス値が充分に大きな場合には、電線22はそれぞれ互いに分離されているので、透過率は高くなる。しかし、インピーダンス値が小さく充分ゼロに近い場合には、電線22は隣のものと短絡されたことになり、透過率は低くなる。このように、接地誘導線27あるいは分岐給電線26に用いる抵抗体のインピーダンス値によって、偏波に対する選択性を調整することができる。
【0045】
上記の様に、インピーダンス値が小さく充分ゼロに近い場合で電線22が隣のものと短絡されていると見なせる場合には、図4の場合は、図6に示す様に、横方向に連続させた帯状導体25で置き換えることができる。この場合、上部から、帯状導体25、可変リアクタ23、帯状導体25、を構成単位として、これを抵抗体24で電気的に接続した構成となる。
【0046】
このように、横方向の複数の電線22が隣のものと短絡したものと等価な帯状導体にすることは、図1の構成においても可能である。しかし、1行あたりの抵抗体24の数は、抵抗体24が並列接続になった場合でも、可変リアクタ23の並列接続のリアクタンスよりも充分に、例えば10倍以上、大きいことが望ましい。さらに、図7にその例を示す様に、この場合も帯状導体を電気的に接続する抵抗体24の数を省くことができる。これは図6の場合も同じで、横方向に並んで並列接続された複数の抵抗体24は、ひとつの抵抗体で置換えても問題なく動作する。なお、図1の構成では電波羽板21に直交する偏波は常にシャッター体を透過していたが、図6や7の構成では、上記方向の偏波を常に遮蔽する。
【0047】
また、図8に示す様に、上記の行列要素を上端あるいは下端の方向に周期的にずらして配置することで、より稠密な配置とすることも可能である。
【実施例5】
【0048】
上記の電波シャッターは、配線間に隙間があることから、透明な絶縁板、たとえばガラス板の上に構成し、これを窓に用いることによって、採光の可能な電波シャッターとすることができる。また、メッシュ状の板あるいは膜の上に構成することによって、採光性と通気性とを備えた電波シャッターを実現することができる。
【0049】
以上、本発明に係る電波シャッターを幾つかの実施形態に基づき説明したが、本発明は、これらの実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しない限りにおいて実現可能な全ての電波シャッターを権利範囲として包摂するものである。
【0050】
また、本発明に係る電波シャッターは、透過状態や遮蔽状態の変更制御対象とする電波の周波数、偏波、あるいは時間を選択して電波の出入りを制御したい用途であれば、如何様なものにでも適用可能である。例えば、外来電波を受けて動作するICカード等のスキミング対策として、カードを電波シャッターにて保護し、カード所持者の意図しないときはカードへの外来電波を遮断し、カード所持者の発意により電波シャッターを開いたときだけ当該カードを利用可能となるような使い方が想定される。或いは、劇場や会議室などを電波暗室とし、図11に示す様に、その窓に本発明の電波シャッターを用いることによって、前記劇場や会議室内での携帯電話通話の可能状態と遮断状態を任意の時間で切換制御することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【0051】
本発明を採光窓に使用した場合に、異なる電波羽板間隔のものを多数モザイク状に用いて、あるいは、その一部を金属板で覆うことによって、紋様を備えた電波シャッターを実現することができ、デザイン性向を取り入れることができる。さらに、電線22の代わりに、三角板や矩形板、円板などの導体を用いても、電波シャッターを構成することができ、これらの光透過性が異なることから、これらの組み合わせを変えて用いることによって、さらに多様なデザインを用いることができる。
【0052】
また、上記のスイッチ4を遠隔操作のスイッチに置き換えることは容易であり、これによって、利便性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1】本発明の電波シャッターの概略構成図である。
【図2】電波シャッターの原理説明図である。
【図3】可変リアクタの構成例を示す構成図である。
【図4】本発明の他の電波シャッターの概略構成図である。
【図5】抵抗体を省いた電波シャッターの概略構成図である。
【図6】帯状導体を用いた電波シャッターの概略構成図である。
【図7】帯状導体を用い、かつ、抵抗体を省いた電波シャッターの概略構成図である。
【図8】電波シャッターの行列要素を上端あるいは下端の方向に周期的にずらして配置することで、より稠密な配置とした概略構成図である。
【図9】アンテナ導電体上の電流分布を示す図である。
【図10】本発明に適用可能なアンテナ導電体の形状例を示す図である。
【図11】電波シャッターの利用形態例を示す図である。
【図12】折れ曲がったアンテナ導電体を用いた本発明の他の電波シャッターの概略構成図である。
【図13】電波シャッターについての実測データを得るための実験装置配置図である。
【図14】電波シャッターについての実測データを示す図である。
【符号の説明】
【0054】
1 電波シャッター
2 シャッター体
21 電波羽板
22 電線
23 可変リアクタ
231 可変容量ダイオード
232 インダクタ
233 抵抗
234 キャパシタ
24 抵抗体
26 分岐給電線
27 接地誘導線
3 直流電源
4 スイッチ
5 接地部
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5
【図7】
6
【図8】
7
【図9】
8
【図10】
9
【図11】
10
【図12】
11
【図13】
12
【図14】
13